Verschiedene Notstromanlagen im Vergleich

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1 Verschiedene Notstromnlgen im Vergleich Vor und Nchteile von redundnten Netznschlüssen, von moilen und von en Notstromen fcheiträge Ds Schweizer Verteilnetz zeichnet sich durch eine hohe Verfügrkeit us. Im Zusmmenhng mit der Strommrktöffnung lufen in der Elektrizitätsrnche zwr grosse Anstrengungen, diese hohe Verfügrkeit uch in Zukunft grntieren zu können, doch hen die Blckouts der vergngenen Zeit und ds ddurch usgelöste grosse medile Echo viele Netzkunden verunsichert. In der Folge dvon ht die Nchfrge nch Notstromlösungen zugenommen. Dieser Artikel soll helfen, die richtigen Frgen ei der Whl von Notstromlösungen zu stellen und die optimle Vrinte zu finden. Der Vergleich eschränkt sich uf redundnte Netznschlüsse und e in einem Leistungsereich von 25 is 1 kva. Qulittiver Vergleich von Notstromvrinten Bei der Erhöhung der Versorgungssicherheit denken viele Anwender spontn n ein eigenes utonomes Krftwerk. Allerdings widersprechen sich ei diesem Anstz die Anforderungen n eine sichere Notstromnlge und n eine optimierte Stromerzeugung, d hier komplexe Schutzeinstellungen und im Störfll komplexe Umschltungen notwendig sind. So muss ein solches Notstromkrftwerk eispielsweise zuerst eine Netzinstilität registriert und uf Inseletrie umgeschltet hen, evor der Krftwerksschutz regieren drf. Nchfolgend sollen dher nur redundnte Netznschlüsse und Notstrom-e näher etrchtet werden. Die Verfügrkeit der Netze von Schweizer Stdtwerken ist im Allgemeinen sehr hoch, woei er zwischen den einzelnen Stdtwerken durchus mrknte Unterschiede uftreten. Je kleiner ein Versorgungsgeiet ist, desto mehr schwnken die Werte. In ländlichen Regionen liegen sie eher tiefer. In Bild 1 sind diese Schwnkungen m Beispiel von 5 Stdtwerken für die Jhre 24 und Dei ist zu emerken, dss etw 8% ller in der Leitstelle von 1) eintreffenden Störungsmeldungen llerdings nicht ds Verteilnetz seler, sondern die Husinstlltion etreffen. Diese muss dher ei der Whl der Notstromlösung mit einezogen werden. Redundnte Anschlüsse Redundnte Anschlüsse (Bild 2) können unterschiedliche Stufen von Redundnz ufweisen: Die zweite Huszuleitung knn eispielsweise üer eine Trfosttion m gleichen Versorgungsnetz oder er n einem nderen Unterwerk ngeschlossen sein. Die Verfügrkeit nimmt Luks Küng, Rolf Felder 25 drgestellt. Drus ist ersichtlich, dss die Anzhl der Störfälle pro Jhr für sttistische Aussgen llerdings zu gering ist, sodss esser üer mehrere Jhre gemittelt werden sollte. Auch ein Vergleich mit dem Auslnd ist schwierig, d es, wie in der Schweiz, uch dort noch keine einheitlichen Regeln für die Erfssung und Drstellung von Störungen git. Während die Hushltkunden mit dieser Verfügrkeit in der Regel leen können, sind einige Geschäftskunden mit diesen Werten nicht zufrieden. Ansttt die Verfügrkeit des gesmten Verteilnetzes mit grossen Kosten weiter zu erhöhen, ist es wirtschftlicher, für diese Kunden seprte Notstromnlgen einzurichten. Verfügrkeit [%] 1, 99, ,999 99, ,998 99, ,997 99, , Stdtwerk Bild 1 Beispiele der Verfügrkeit städtischer Verteilnetze in der Schweiz Bulletin SEV/VSE 15/6

2 Normlnschluss Trfosttion 1 22/,4 kv Normlnschluss Notnschluss Kunde Trfosttion 2 22/,4 kv s Trfosttion 3 22/,4 kv D jede der hier vorgestellten Notstromvrinten ihre Vor- und Nchteile ht, muss eine Gewichtung der in Telle I ufgeführten Kriterien jeweils projektspezifisch erfolgen. Selstverständlich können uch Komintionen von Notstromnlgetypen Lösungen sein. Generell sollte mn dei er edenken, dss einfchere Lösungen esser üerschur und üerprüfr sind und deshl in der Regel uch sicherer. In welchen Brnchen welche Lösungen mehrheitlich zum Einstz kommen, ist in Telle II drgestellt. Hier git es teilweise Vorgen und Normen, teilweise spezifische Brnchenedürfnisse, er uch Brnchentrditionen. So können eispielsweise moile e für viele Unternehmen mit mehreren oder wechselnden Stndorten eine sinnvolle Option sein. Unterwerk 1 15/22 kv dei mit der Anzhl prlleler Netzeenen zu. Redundnte Anschlüsse estechen durch die einfche Instlltion und den geringen Wrtungsufwnd, e Notstrom-e durch die Autonomie und moile e durch ihre Flexiilität und Kominierrkeit. Allerdings stehen redundnte Anschlüsse ei einem Totl-Blckout nicht zur Verfügung. Unterwerk 2 15/22 kv Bild 2 Redundnter Anschluss Bild : Ausführung des redundnten Anschlusses in der Husinstlltion; Bild : Netzeinindung des redundnten Anschlusses Eine llgemeine Gewichtung der Merkmle ist nur edingt möglich: Jede Versorgungssitution zw. jede vor Stromunterruch zu schützende Anlge ht ihre Eigenheiten. Anlgen für hohe Anforderungen n die Verfügrkeit Elektrische Anlgen mit höchsten Anforderungen n die Verfügrkeit wie eispielsweise Rechenzentren, Spitäler oder Phrmnlgen werden in der Regel mit entsprechenden Redundnzen wie USVund Notstromnlgen usgerüstet. Der Anlgeesitzer ist letztlich verntwortlich für die Sicherheit und die Funktion der Elektroinstlltionen im Geäude. Für die Beheung einer Fehlfunktion oder ei einem Störfll in der elektrischen Energieversorgung ht ds technische rticles spécilisés Notstrom-e Notstrom-e können fest instlliert (Bild 3) sein oder moil uf einem Anhänger im Notfll vor Ort gercht werden (Bild 3). Moile e ruchen llerdings lnge, is sie ngeschlossen sind und sie eine Erstz-Versorgung wieder herstellen können, ws gegeenenflls zusätzliche Mssnhmen zur Kurzzeitüerrückung verlngt. Ein Nchteil ei den en Notstrom-en sind die hohen Instlltionskosten und die Ttsche, dss sie eine regelmässige Wrtung ruchen. Qulittiver Vergleich Telle I zeigt einen qulittiven Vergleich dieser 3 Vrinten. Aus der Zusmmenstellung ist ersichtlich, dss lle 3 Vrinten eine seprte USV 2) für einen unterrechungslosen Betrie enötigen. Bild 3 Notstrome können oder moil sein Bild : es Notstrom; Bild : moiles Notstrom Bulletin SEV/AES 15/6 17

3 fcheiträge Personl nur eine kurze Rektionszeit. D die Komplexität solcher Systeme in der Regel recht hoch ist und spezifische Kenntnisse und Erfhrung vom Wrtungspersonl erfordert, werden die Notstromnlgen mit Vorteil im Geäude oder in der näheren Umgeung. Ein wesentlicher Fktor für eine hohe Verfügrkeit ist die Wrtung und der Unterhlt der Notstromnlgen. Es ist dher zwingend notwendig, lle Funktionen der Notstromnlgen im Zusmmenhng mit der gesmten elektrischen Energieversorgung regelmässig zu üerprüfen. Diese Kontrollen müssen von etrieseigenen oder durch entsprechend instruiertes und fchkundiges Wrtungspersonl von Fremdfirmen vorgenommen werden. Mit einer eigenen im Geäude instllierten Notstromnlge und dem entsprechend ufgeuten Notnetz ist eine unhängige elektrische Energieversorgung jederzeit möglich. Kostenfktoren Die folgenden Vergleiche sieren uf der Annhme, dss noch keine Investitionen für llfällige Vorreiten getätigt wurden, lso keine für die Notstromnlge notwendige Infrstruktur wie eispielsweise ein Agskmin vorhnden ist. Solche Investitionen müssten ei einem konkreten Vergleich selstverständlich eenflls erücksichtigt werden. Anhnd von zwei Beispielen von Notstromnlgen für 25 und 1 kva werden die Kosten der einzelnen Vrinten erläutert. Diese sind llerdings projektspezifisch und sollten nicht verllgemeinert werden. Sie liegen jedoch in einem technisch vernünftigen Rhmen. Investitionen Bei llen Vrinten muss ein ngeschfft oder er eine Kelleitung verlegt werden, ws in den Anschffungskosten enthlten ist (Bild 4). Bei der Vrinte moil (exklusiv) wird von einem Notstrom- pro Stndort usgegngen. Die Vrinte setzt ein Notstrom- für zwei Stndorte vorus, ws die Anlgekosten ntürlich hliert. Bei weiteren Stndorten ergäe sich eine weitere Reduktion, llerdings nur ei den Anschffungskosten. Bei den redundnten Anschlüssen sind die Anschffungskosten hängig von der Länge der redundnten Leitung: je kürzer, desto günstiger. Es git lso geeignete und ungeeignete Stndorte für redundnte Technische Merkmle Rektionszeit der Anlge Notnschluss Niederspnnung: 3 Min. Mittelspnnung: 3 Sek. Netznschlüsse. Buliche Mssnhmen m Geäude sind im Wesentlichen nur eim en notwendig. Muerdurchführungen für den redundnten Anschluss sind in den Anschffungskosten, die geringfügigen ulichen Mssnhmen für die moilen Notstrom-e in den Instlltionskosten enthlten. Beim redundnten Anschluss sind zusätzlich Kosten für die «vorgehltene Leistung» eingeplnt, d der Verteilnetzetreier die Notstromleistung in einer Trfosttion zw. einem Unterwerk vorhlten lso ls Reserve einplnen muss und die Anlge im Normletrie nicht voll uslsten knn. Für lle redundnten Netzeenen fällt ein mittlerer Umstzeitrg pro Leistung (kva) n. Je mehr Netzeenen redundnt sind zw. je höher die Verfügrkeit sein muss, desto höher wird dieser Kostennteil. Die Investition in eine USV wird nur eim redundnten Anschluss Vrinte der Notstromversorgung es moiles 2 Sek. 2 4 Std. Pltzedrf 2 m 2 2 m 2 plus Pltz für Zu- und Aluftknäle Erforderliche Bewilligungen Verfügrkeit m 2 vom Netzetreier Buewilligung keine je nch Netznschluss (gleiche oder ndere Trfosttion zw. gleiches oder nderes Unterwerk usw.) Leensduer [Jhre] Anschluss: 4 Umschltelektronik: 15 ei Netzusfll: jeder 12. Strt ein Fehlstrt (wrtungshängig) Aggregt: 25 Notstromsteuerung: 15 Üerlstfähigkeit sehr hoch gering (1,1-fche Nennleistung); 1 Std. pro 12 Std. Benötigte Btteriekpzität der USV Rückschltung uf Notstromversorgung wie ei em und zusätzliche Risiken durch Strssenverkehrslge 15 gering (1,1-fche Nennleistung) mittel klein sehr gross (USV nur für kleine Leistungen sinnvoll) unterrechungsfrei in der Regel unterrechungsfrei Wrtung jedes Jhr 1 pro Mont Lsttest >6% (Netzsynchronistion); mindestens 2 pro Jhr Notstromtest; 1 pro Jhr Wrtung Huptnchteile Huptvorteile ei Totl-Blckout nicht verfügr (je nch Ausführung) einfches System mit grosser Leistung, Mittelspnnung sehr rsch verfügr hohe Investitionskosten schnell verfügr, ei genügend Diesel sehr utonom ohne Rücksynchronistionseinheit mit Unterruch jeden Mont Lsttest >6% (nur mit Rücksynchronistion) hohe Investitionskosten, Verkehrshängigkeit, Umweltprolemtik kostengünstig im Unterhlt, flexiel einsetzr, zügelr, mehrere Stndorte kominierr Telle I Qulittiver Vergleich der drei Notstromvrinten es und moiles Notstrom sowie und eim en ls sinnvoll erchtet. Beim Beispiel für eine Notstromnlge von 1 kva in Bild 4 sind zusätzlich uch die Anschffungskosten für die Vrinte eines Notstrom-s mit dynmischer (sttt sttischer) USV ufgeführt. Die dynmische USV ht höhere Kosten für uliche Mssnhmen sowie höhere Instlltionskosten zur Folge. Ein es und ein moiles, uf einem Anhänger montiertes einschliesslich Zuehör wie Kel, Umschltutomtik usw. kosten etw gleich viel. Jährliche Kosten Bei den in Bild 5 drgestellten jährlichen Service- und Unterhltskosten wurde vorusgesetzt, dss die Anlgen fchgerecht instnd gehlten werden: Die e lufen montlich einml 18 Bulletin SEV/VSE 15/6

4 Projekteispiel Notnschluss Vrinte der Notstromversorgung Rechenzentrum Spitl Chemie- und Phrmnlge moil Kühlnlge zur Proe, und jährlich wird für jede Notstromvrinte ein schrfer Test durchgeführt. Beim redundnten Anschluss sind diese Kosten Revision und Test der Umschltutomtik, Eininden und Üerwchung der Anlge durch die Verteilnetzleitstelle unter den Betrieskosten zusmmengefsst. Die jährlichen Kosten für die USV sind reltiv hoch: Hier wurde von einer lineren Aschreiung der Btterien üer 1 Jhre usgegngen. Die Aschreiungen der Anschffungen werden differenziert nch Aggregt (15 Jhre), Instlltion (3 Jhre) und ulichen Mssnhmen (6 Jhre). Hier können llerdings je nch Firmenstndrd wesentlich kürzere Duern eingesetzt werden. Unter Rummiete sind eim moilen die Stndpltzkosten gemeint, die Kosten für ds Strssenverkehrsmt sind unter Service und Unterhlt enthlten. Die Kosten für die Leistung der Notstromnlge wchsen nicht gnz proportionl mit der verlngten Leistung. Sie hen uch den grössten Einfluss uf die Gesmtkosten. Eine sorgfältige Auswhl von «notstromerechtigten» Verruchern hilft hier, Kosten zu vermeiden. Die Kosten für ds interne Notnetz wurden ei den Berechnungen nicht erücksichtigt. Die Gesmtkosten müssen üer mehrere Jhre verglichen werden (Bild 6). Feuerwehrlift Tunnelu? Spitzendeckung Produktion Zivilschutznlge Bustelle Grundwssersenkung Revision (kundenseitig) Revision (Trfosttion) Telle II Einstzmöglichkeiten der Notstromvrinten Während der redundnte Anschluss und ds e ei einem Umzug wohl kum einen Restwert ufweisen, lässt sich ds moile eher wieder verwenden oder verkufen. Dieser Schverhlt ist llerdings in Bild 5 nicht ersichtlich. Whl der Vrinte: 3 Beispiele Welche Art von Notstromversorgung gewählt wird, hängt unter nderem von verschiedenen Rndedingungen wie eispielsweise der mximlen Rektionszeit oder der geogrfischen Lge. Die folgenden drei Beispiele us dem Versorgungsgeiet von zeigen die entscheidenden Gründe, die zur Whl eines redundnten Anschlusses, eines en oder eines moilen s geführt hen. Whl eines redundnten Anschlusses: Allinz-Versicherung Ds e Notstrom- der Versicherung htte seine Leensduer erreicht. Der Kunde entschied sich us Gründen der geringen Umtriee keine Proeläufe, weniger externes Personl im Hus und der einfchen Instlltion für einen redundnten Anschluss ls Erstz. Er knn zusätzlich die Leistung seines Notnschlusses in Asprche mit dem Verteilnetzetreier in estimmten Grenzen seinem effektiven Bedrf npssen. Whl eines en Notstrom- s: Telekurs Services AG (2 Systeme) Die Telekurs Services AG ist verntwortlich für unzählige Trnsktionen von Bnken und Kreditkrtenunternehmen in der gesmten Schweiz. Ein Stromusfll zw. ein Ausfll der für die Trnsktionen zwingend notwendigen Systeme würde die Finnz- und Zhlungsflüsse in der gnzen Schweiz eeinträchtigen. Eine sichere Stromversorgung ist dher zwingend. Der Huptsitz der Telekurs n der Hrdturmstrsse in Zürich ist in einem Mittelspnnungsring eingeschluft und ht eine zusätzliche Verindung zu einem weiteren Mittelspnnungsring. Es esteht lso ereits nstzweise ein redundnter Anschluss, llerdings nicht mit utomtischer Umschltung uf ein nderes Unterwerk. Die e Netzerstz-Anlge wurde us folgenden Gründen gewählt: Sollte es ei der Versorgung durch oder ei den Mittelspnnungsnlgen der Telekurs zu einem Schden Investitionskosten [1 CHF] mit dynmischer USV USV + Btterie (Anschffung) Vorgehltene Leistung Anschffung Instlltionskosten Buliche Mssnhmen Bild 4 Investitionskosten verschiedener Notstromnlgetypen Bild : Anlge für 25 kva; Bild : Anlge für 1 kva Jährliche Kosten [1 CHF] mit dynmischer USV USV + Btterie Aschreiung Service + Unterhlt Rummiete Betrieskosten Bild 5 Jährliche Kosten verschiedener Notstromnlgetypen Bild : Anlge für 25 kva; Bild : Anlge für 1 kva rticles spécilisés Bulletin SEV/AES 15/6 19

5 fcheiträge kommen, muss ein unhängiger Inseletrie mit dem Diesel möglich sein. D es innerhl der Telekursversorgung nicht möglich ist, die Versorgung für Wrtungsreiten zu unterrechen, muss die Netzerstz-Anlge in ds Versorgungsdispositiv eingeunden sein. Durch ein es Notstrom- können die nötige Kpzität und dmit uch die Kosten der USV reduziert werden. Ein es Notstrom- erlut eine Redundnz ei Wrtungsreiten, die ei der Telekurs oder im Versorgungsgeiet von durchgeführt werden. Bei einem grossflächigen Blckout ist ds System in der Lge, utonom weiterzureiten, owohl einige Kunden zw. Dtenleitungen nch einiger Zeit eenflls nicht mehr verfügr wären. Zusätzliche Sicherheit verschfft sich die Telekurs durch die kontinuierliche Ausildung ihrer Geäudetechnik-Mitreiter sowie durch eine gute Wrtung und durch regelmässige Tests der gesmten Systeme. Whl moiles Notstrom-: Stiftung Zürcher Blutspendedienst SRK Ein Blutspendezentrum muss ds tiefgefrorene Blutplsm jeder Blutspende ei einer stilen Tempertur von 3 C während mindestens 4 Monten lgern. Ds Plsmprodukt drf erst nch dieser Zeit zur Trnsfusion n die Spitäler gegeen werden, sofern ein weiterer Bluttest keine Anzeichen von Infektions Kosten [1 CHF] Jhre Bild 6 Kostenvergleich der verschiedenen Notstromnlgetypen üer mehrere Jhre krnkheiten ufweist. Für die sichere Versorgung der Region Zürich müssen permnent 25 Plsmprodukte gelgert werden. Die eenflls us jeder Blutspende gewonnenen roten Blutkonserven (Erythrozytenkonzentrte) müssen ei +4 C (±2 C) gelgert werden und sind mximl 6 Wochen hltr. Für die Versorgung der Region Zürich mit Erythrozytenkonzentrten werden jährlich 7 Blutkonserven enötigt. Drus ergit sich ein grosser Bedrf n streng temperturkontrollierten Räumen und Lgern, die us Sicherheitsgründen uf 2 Stndorte einer in der Stdt Zürich, der ndere in Urdorf ufgeteilt sind. D ei einem Stromusfll die Tempertur in den Kühlräumen nur lngsm steigt, leit dem Betreier eine usreichende Rektionszeit. Ansttt n eiden Stndorten je eine Notstromvrinte zu instllieren, entschied sich ds Blutspendezentrum dher für ein moiles n eiden Stndorten. Angen zu den Autoren Dr. Luks Küng leitet seit 21 die Ateilung Netzdienstleistungen ei (Elektrizitätswerk der Stdt Zürich). Seit 25 ist er Mitglied im Cigré/ Cired-Ntionlkomitee und seit 26 Präsident der VSEKommission Netznutzung., Netzdienstleistungen, 85 Zürich, luks.kueng@.ch Rolf Felder ist seit 1998 selstständig im Bereich Steuerungstechnik europweit tätig. Er ist spezilisiert für Notstromdiesel. Vor 1998 wr er ls Ateilungsleiter Engineering ei Ammnn (heute Avesco) in Lngenthl tätig. Steuerungstechnik, 625 Neudorf, rolffelder@luewin.ch 1) : Elektrizitätswerk der Stdt Zürich. 2) USV: Unterrechungsfreie Stromversorgungsnlge. Résumé Comprison de différents groupes électrogènes Avntges et inconvénients de rccordements réseu redondnts, des groupes électrogènes diesel moiles et montés à demeure. Le réseu de distriution suisse est crctérisé pr une hute disponiilité. Dns le cdre de l ouverture du mrché de l électricité, l rnche entreprend des efforts considérles en vue de pouvoir grntir cette disponiilité à l venir églement, mis les pnnes survenues ces derniers temps et l écho dns les médis ont insécurisé eucoup de clients du réseu. Pr l suite, l demnde de solutions à groupes électrogène ugmenté. L rticle est destiné à ider à poser les questions correctes dns le choix des groupes électrogènes déquts et à trouver l vrinte optimle. L comprison se limite à des rccordements réseu redondnts et ux groupes diesel dns l gmme de puissnce llnt de 25 à 1 kva. 2 Bulletin SEV/VSE 15/6